比较器型号不同），并对输出 PWM 信号进行数据测试。
以下为 U1 同相输入和输出波形图（图七）、同相与反向输入波形图（图八）、Vout2 与 Vout 波形图（图九）：
图七 U1A 同相输入和输出波形 图八 同相与反向输入波形
图九 Vout2 与 Vout 波形
以下为实际测试数据：
参数
频率 f
R1 + R2 / / R5
R1 / / R2 + R5
R1+ R2 / / R5
VL* R1 / / R2 。所以，输出波形周期的精度靠 R1、R2、R4、R5、C1 和比较器的输出决 R1 / / R2 + R5
定，占空比则根据可调电阻 R7 进行调节。
4. 电路实测数据
为验证仿真的准确性，实际搭建此电路（外围元件的参数与仿真电路图元件参数一致、
图六为比较器 U2 反向输入 V3、同相输入 V4 和稳压二极管两端的波形（即一个为比较 器 U2 输出 Vout2，一个为 Vout）。
图六
3. 电路元件分析
该电路中有 D1 和 D2 两个二极管。D1 的正向导通、反向截止特性为电容 C1 提供了一个
放电路径，使电路能够完成充放电功能，普通的二极管即可满足要求。D2 在电路中的作用
是，利用稳压二极管反向工作时小于稳压值时的反向电流很小的特点，当 Vout2 输出低电平
时，稳压管 D2 几乎没有电流流过，此时 Vout 端输出的 PWM 信号的低电平能够接近 0V 电平；
当 Vout2 输出高电平（设计时已考虑该电平高于二极管的稳压值）时，此时流过 D2 的电流
增大在负载电阻 R10 上产生压降，R10 两端电压作为输出信号的高电平。
从而在电容两端形成振荡波形。
当振荡波形产生后，作为后端比较器 U2 反相端的输入信号，并与以 U2 为主的比较器同 相端外围电阻设定的电压进行比较输出，在电阻 R10 两端产生 PWM 脉冲信号。该信号的占空 比可以通过 U2 同相端设定的电压值来进行调节。电路中 D2 采用稳压二极管，主要是利用了 其低于其稳压值反向工作时反向电流小的特点，使输出的 PWM 信号的低电平能够接近零电 位，便于后端应用。
周期 T
低电平电压
高电平电压
Vout1
57.1Hz
17.52ms
0.6V
11.2V
Vout
57.1Hz
17.52ms
-0.2V
6V
如根据元器件参数进行理论计算，则：
T=t1+t2= (R3 + R4)C1* ln VCC + R4C1* ln B =16.7858+0.52=17.31ms。
VCC −V1+
2. 电路仿真分析 在以上对原理分析的基础上，下面将利用 Multisim 软件对电路中的元件参数进行设定， 对电路性能进行仿真验证。图四为仿真原理图和元件参数设定值：
图四
图五为比较器 U1 同相输入 V2、反向输入 V3 和 U1 输出波形 Vout1 及二极管 D2 正极波 形：
图五
从图五中可以看到：振荡波形的周期 T 为 17.9ms，比较器 U1 输出高电平时为 10.8V， 输出低电平时为 1.196V。
响外，还受到其输出端的 VH 与 R5 的影响，因此，可由叠加定律得到 V1+= VCC* R2 / / R5 + R1+ R2 / / R5
VH* R1 / / R2 。随着电源对 C1 的持续充电，C1 两端电压不断升高，当 V1-＞V1+时，比 R1 / / R2 + R5
较器翻转，V1out由 VH变为 VL，由 VH到 VL的这段时间 t1=（R4+R5）( R3 + R4)C1* ln VCC 。 VCC −V1+
关键词：液晶模组；比较器；背光；PWM；占空比；仿真
一、PWM 信号的特点及产生方式
1. PWM 信号的特点 PWM 是 Pulse Width Modulation 的缩写，即脉冲宽度调制。它是利用数字输出来对模 拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用于测量，通信，功率控制与变换等许多领 域，其中包括电动机控制、伺服控制、调光、开关电源，甚至某些音频放大器。 PWM 的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。另外， 由于噪声只有在强到足以将逻辑 1 改变为逻辑 0 或将逻辑 0 改变为逻辑 1 时，才能对信号内 容产生影响。所以，抗噪能力强是 PWM 相对于模拟控制的另一个显著特点。 2. PWM 信号产生方式 产生 PWM 信号的方式有很多，主要可以分为以下几种： 1）分立元件 即采用电阻、电容、二极管、比较器等分立元器件搭建的电路。此类电路使用的元器件 数量较多，但能够对 PWM 波形产生的过程进行较为详细的分析和测试。便于对 PWM 电路进行 细致的学习和分析。 2）MCU 当前，MCU 应用的领域无所不在，其功能也是越来越强。通过设置定时器并软件编程由 MCU 的 IO 口输出 PWM 信号已经变得十分简单，一些更强大的 MCU 内部甚至直接集成了 PWM 输出功能，使用时只需设定 PWM 波形的相关参数即可。
二、电路工作原理分析
1. 原理分析 图三是一个占空比可调的 PWM 信号发生器电路的原理图。
VCC
R3
VCC
D1
R1
R4
R5
U1 Ccharge
R2 C1
VCC
R6
R7 Ccharge
U2 R9
D2
Vout
R8
R10
图三
该电路主要利用比较器 U1、U2 和少量外围 RCD 元件构成。其中，比较器 U1 和 R1、R2、 R3、R4、R5、C1、D1 构成振荡电路，产生固定频率的振荡波形；比较器 U2 和 R6、R7、R8、 R9、R10、D2 构成 PWM 输出电路。由电位器 R7 进行占空比的调节。为了便于理解，以下将 分别对两部分电路进行分析。
R2 / /R5
Байду номын сангаас
+ VH*
R1 / / R2
−t
)* e R4C1 。
R1+ R2 / / R5 R1 / / R2 + R5
这一过程中，当 V1-下降到低于 V1+时，比较器再次翻转，V1out 由 VL 变为 VH，这一阶段的消
耗的时间为
t2 ≈
B R4C1* ln
（ A=
VCC*
R2 / /R5
由于 V1out 变为 VL 后，V1+的电压为 V1+= VCC* R2 / / R5 + VL* R1 / / R2 。此时 R1+ R2 / / R5 R1 / / R2 + R5
由于 D1 的存在，电容 C1 停止充电转入放电过程，并通过 R4、D1 及 U1 输出脚内部电路进行
放电。放电时，U1 反相端电平 V1-≈(VCC*
+ VL*
R1 / / R2
， B=
A
R1+ R2 / / R5
R1 / / R2 + R5
VCC* R2 / / R5 + VH* R1 / / R2 ）。 R1 + R2 / / R5 R1 / / R2 + R5
这样，电容 C1 就完成了一个完整的充放电循环，同时按照此循环过程不断进行充放电，
在以 U1 为主的振荡电路中，刚通电时，VCC 通过 R4、R5 给电容 C1 充电。C1 两端电压
−
t
即为比较器 U1 的反相端电平 V1-，并且 V1-=VCC*（1- e ( R3+R4)C1 ），其初始值为 0。因此
V1+＞V1-，U1 输出电压 V1out 初始值为 VH。而 U1 的同相端电平 V1+除了受到 R1 与 R2 分压影
一种利用比较器实现占空比可调 PWM 信号的电路分析与应用
伍强，谢均委，陈科仲，马赛，杨伟茂
（四川长虹电器股份有限公司 多媒体产业公司液晶模组所，四川 绵阳 621000）
摘 要：在液晶模组的开发过程中，经常需要对系统的电气参数和光学性能进行检查。随着市场中对 节能环保要求的不断提高，液晶电视背光系统需要采用对亮度调整更为准确的 PWM 信号来对液晶模组功耗 进行控制。本文通过对一种电路简洁，性能可靠的占空比可调 PWM 信号发生器电路进行分析，给出一种液 晶模组检测用的 PWM 信号测试工装的应用电路，提高模组开发效率，降低仪器仪表需求成本。
图一
3）DDS 直接数字频率合成器(DDS)主要包括频率控制寄存器、高速相位累加器和正弦计算器三 个部分。DDS 芯片输出的一般是数字化的正弦波，利用一个 DDS 和一个比较器组合在一起， 即可以产生高精度的、频率可调的高频 PWM 波形。
图二
4）FPGA 随着电子技术的发展，特别是 ASIC 设计技术的日趋完善，数字化的电子设计自动化工 具给电子设计带来了巨大变革，在水声和超声、电机控制等许多应用场合，需要产生多路频 率和脉冲宽度可调的 PWM 波形， 这可通过 FPGA 丰富的硬件资源和可以配置 I/O 引脚来 实现。当然，这类应用中，PWM 信号的输出只是体现了 FPGA 功能的很小一部分。如果单纯 用于 PWM 信号的产生，则大材小用了。
三、电路应用及总结
对于该电路产生的 PWM 信号，其频率和占空比调节范围的精度主要取决于外围元件（R3、
R4、R6、R7、R8、C1）参数，所以决定这两个变量的元件精度需要控制在一定范围内。
此电路使用一个比较器和 RC 来产生锯齿波形，用电源产生直流基准电压，再用一个比
较器来产生 PWM 输出信号。这个电路存在的一个问题是 PWM 脉冲频率调整不方便，同时，由
于电位器精度的限制，难以精确控制占空比。若条件成熟，可以考虑使用数字式电位器来替